автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Основы расчета и оптимизации двухподвесной стрелы башенных кранов

РФП - ,с

Условные обозначения

Определения.

Введение

Глава 1. Состояние вопроса и постановка задачи

1.1 Обзор и анализ конструкции балочных стрел

1.2 Постановка вопроса.

1.2.1 Условная продольная сила.

1.2.2 Безразмерные характеристики стрелы

1.2.3 Выбор методики расчета

Выводы по главе 1.

Глава 2. Анализ и сравнительная оценка одно- и двухподвесной стрел. Преимущества и недостатки двухподвесной стрелы

2.1 Груз в пролете

2.1.1 Гуза перемещается в пролете.

2.1.2 Груз неподвижен в середине пролета.

2.2 Груз на консольной части стрелы.

2.2.1 Прогиб одноподвесной стрелы

2.2.2 Прогиб двухподвесной стрелы

2.3 Анализ напряженного состояния двухподвесной стрелы при грузе на максимальном вылете

2.4 Анализ напряженного состояния поясов двух типов стрел от собственного веса стрелы

2.5 Сравнительная оценка напряженного состояния боковых раскосов стрелы.

Выводы по главе

Глава 3 Анализ основных силовых закономерностей двухподвесной стрелы. Безразмерные грузовые характеристики.

3.1 Анализ нагрузок при гиперболической грузовой характеристики.

3.2 Безразмерная грузовая характеристика.Определение максимального момента.

3.2.1 Безразмерная грузовая характеристика.

3.2.2 Экстремумы базовых огибающих. Расчетное положение груза в пролете.

Выводы по главе 3. т п л- и

Глава 4 Расчетные положения. Варианты нагрузочных состояний. Расчетные случаи.

4.1 Анализ расчетных положений.

4.1.1 Сравнительный анализ 1 и 2 расчетных положений

4.1.2 Сравнительный анализ 1 и 3 расчетных положений х.З 4 расчетное положение.

3.1 Расчетное положение 4А. л i о о Расчетное положение 4Б. л л п

X . J

4.1.3.1 Расчетное положение 4А. а 1 о о Ч . X

4.1.4 5 расчетное положение.

4.1.4.1 Расчетное положение 5А

4.1.4.1.1 Расчетное положение 5Aq

4.1.4.1.2 Расчетное положение 5Ai.

4.1.4.2 Расчетное положение 5Б.

4.1.4.2.1 Расчетное положение 5Bq.

4.1.4.2.2 Расчетное положение 5Bi

Выводы по главе 4.

1 П X /

Глава 5. Методика расчета верхнего пояса.

Оптимальное положение подвесов

5.1 Численный метод. Универсальная таблица расчета верхнего пояса.I1 а

1 о с

5.2 Графический метод

COI <J . ¿ . X

Система подвески с двухкратной запасовкои внутреннего полиспаста Выводы по главе 5.

Глава 6 Методика расчета нижнего пояса. Условное продольное усилие. Оптимальное положение подвесов.

6.1 Расчет напряженного состояния нижнего пояса.

6.1.1 Оценка напряженного состояния от локальных нагрузок

6.1.2 Условная продольная сила от локальных нагрузок. 140 6.1.2.1 Коэффициент условной продольной силы от местного изгиба

6.1.2.1.1 Коэффициент условной продольной силы от местного изгиба для прямоугольного сечения

6.1.2.1.2 Коэффициент условной продольной силы от местного изгиба для квадратного сечения

6.1.3 Зависимость между коэффициентом условной продольной силы от изгиба и бимомента

6.1.4 Несущая способность ездового пояса. Условная продольная сила

Г 1 п

1.5 Суммарная огибающая условной продольной силы

1 С Г" нижнего IIО С а»« « • в « • • • • • • • • « • в

Методы прочностного расчета нижнего пояса.

6.2.1 Численный метод.

6.2.2 Графический метод

Выводы по главе 6.

Глава 7. Интегральная оценка экономической эффективности двухподвесной стрелы. Результаты внедрения.

7.1 Сравнение весовых показателей двух типов стрел по верхнему поясу.

7.2 Сравнение весовых показателей двух типов стрел по нижнему поясу.

7.3 Сравнение весовых показателей двух типов стрел по боковым раскосам.

7.4 Оценка весовых соотношений элементов двух типов стрел.

7.5 Результаты внедрения

Выводы по главе 7.

Продолжающееся в Москве и других регионах России увеличение объемов и темпов строительства, а также из-менеие городских условий строительства, связанных с уплотненной застройкой, требует применения разнообразных кранов как по классификационным признакам, так и по грузовым характеристикам. Кроме того, после перерыва, связанного, в частности, с экономическими условиями и выработкой ресурных сроков, вновь появилась потребность в крановом оборудовании с повышенными технико-эксплуатационными характеристиками.

Помимо эксплуатации импортного дорогостоящего оборудования, отечественные заводы приступают к модификации прежних типов кранов, а также, с учетом отечественного и зарубежного опыта ведут перспективные разработки по изготовлению новых типов машин, оснащенных стрелами, обеспечивающими вылет до 45 и 50 метров.

Отечественный и зарубежный опыт проектирования и изготовления башенных кранов демонстрирует различные типы применяемых стрел балочного типа. Наиболее распространенными в настоящее время в городском строительстве являются одноподвесные стрелы на гибких, реже на жестких тягах, двухподвесные статически неопределимые с жесткими тягами и шарнирносочлененные на шпрен-гельных подвесах.

Увеличение вылета стрелы вызывает увеличение ее массы, в результате чего снижается полезный момент крана, грузоподъемность и увеличиваются динамические нагрузки. В большей мере такая закономерность влияет на краны с нижним расположением противовеса. Применение подвески, облегчающей массу стрелы в определенной степени компенсирует снижение грузоподъемности. В частности, и этим объясняется применение стрел с подвесками шпренгельного типа, например, на таких кранах с нижним поворотом как GTMP-ЗбОв", 336А, 386А, 4ООА, GT-166-1,25(POTAIN), К-70, К-9б (KROLL) и других. Вместе с тем, оправдано применение и других способов разгрузки стрелы за счет применения индивидуальных подвесов. При этом система подвески не должна препятствовать подъему стрелы на некоторый угол с целью увеличить высоту подъема крана и условиям монтажа самого крана.

Одной из таких подвесок, отвечающих названным условиям, является двухподвесная статически определимая подвеска, разгружающая стрелу от общего изгиба в плоскости подвеса (см.рис.1.5).

Исследованию силовых закономерностей и методике расчета стрелы с двухподвесной статически определимой подвеской и посвящена настоящая работа.

В работе учитывались исследования, посвященные созданию крановых металлических конструкций и методов их расчета. К таким работам относятся исследования И.И.Аб рамовича[1-3],М.П.Александрова[б],П.Е.Богуславского [ 12 ]

A.А.Вайнсона[15,16], Д.П.Волкова[24-26], А.В.Вертинского [18-21], М.М.Гохберга [33-36], А.А.Зарецкого [41] И.Я.Когана[46],В.Л.Лифшица[56-59], Л.А.Невзорова[67,68] И.М.Смородинского, В.А.Ряхина[87-89], Г.Н.Карасева [44 45], Е.Ф.Лундена[61] и др.

При работе с компьютерной графикой и графическому моделированию напряженного состояния металлоконструкции стрелы использовались работы авторов В.Л.Высоковского [28],С.А.Гладкова[29] , Е.Г.Крушель[50], Е.М.Кудрявцева [51,52], Б.Я.Лашенникова[551] , Е.Ю.Малиновского[62, 63],

B.И.Фомина[102], Л.М.Частухина[105] и др.

При проведении анализов конструкций стрел были исполь зованы справочные данные работ [8], [9], [67.69], [92], [96] , [112.117], а также информационные материалы зарубежных фирм POTAIN,LIEBHER, KROLL.

По результатам исследований на краностроительном заводе БАКРА были проведены работы по увеличению длины стрелы крана КБ-4 08, и, соответственно, его вылета, за счет применения двухподвесной статически определимой системы подвески. При этом все прочие геометрические ха рактеристики стрелы, а также профили поясов и раскосов остались неизменными, что позволило сохранить произвол ственный стапель стрелы и технологию ее изготовления.

В 8 0-х и 90-х завод выпускал серии, а также единичные экземпляры кранов с такими стрелами (модификации крана 14.18) в количестве около сорока штук.

Настоящая работа является продолжением конструкторской и расчетной работ, проведенных на заводе по созданию стрелы с двухподвесной схемой подвески.

Диссертация состоит из семи глав, включающих:

- обзор и анализ конструкций существующих балочных стрел;

- постановку задачи;

- сравнительную оценку одно и двухподвесной стрел;

- материалы теоретических исследований двухподвесной статически определимой схемы стрелы;

- методику расчета верхнего пояса стрелы.

- методику расчета нижнего пояса стрелы. оценку экономической эффективности двухподвесной статически определимой стрелы интегральными кривыми об— емов поясов.

Автор представляет к защите:

1. Методику определения расчетных случаев двухподвесной стрелы заданных относительным полжением груза и точек крепления подвесов и определяющих наименьшие из возможных нагрузок в расчетных сечениях стрелы.

2. Универсальную методику расчета верхнего пояса в безразмерных единицах численным методом и методом графического моделирования на персональном компью— фрпр /пкч :

3. Формулу условной продольной силы как функции от т^.оскъгьтлтттлрн'пл х/г1 пг-1т=нотд ггш.о тто "пт- гтлттм. т/т'зттгл^э 1птп£ь-п.о

X V ^ ч^/ Ц/ Л1 ^ ■ ^ и ^ Л. 1 ^ ^ и ^ Л—* Л- 1 Ч>* Ж Л Л. О. ^' ч^/ и -А Л—* Л. Л V У ^ ^ л и л. ф У А —к. ж а ч/ ¿V ' ' ' 1 Ч—* и. момента в панели и расчетного сопротивления материала .

4. Методику расчета ездового пояса в сечениях стрелы по условному продольному усилию сжатия численным методом и методом графического моделирования на ПК;

5. Программное обеспечение расчета предлагаемой схемы стрелы численным методом и методом графическо— кого отображения напряженногго состояния поясов стрелы.

6. Схему подвески с двухкратной запасовкой внутреннего подвеса.

Результаты проведенной работы могут быть использованы при проектировании одноподвесных стрел балочного типа. Вместе с тем? предлагаемая методика может быть применена при исследовании напряженного состояния стрел различных типов в едином графическом поле.

В работе автором был использован собственный опыт оасчетов и проектирования стрел следущих башенных кранов: КТСЗ-5, шагающего крана КТС5-10 (Минтранс-строй) г КБк-250 (ВНИИСТРОЙДОРМАШ, Карачаровский механический завод), КБ-573, КБк160.2, КБ-4 0 8 (ВНИИСТ РОЙДОРМАШ, завод "Северянин" башенных кранов), КБ415 (АОЗТ "ВАКРА") и других.